一、电涌的定义与基本特性

电涌（Surge），又称浪涌或瞬态过电压，是指电路中超出正常工作电压的瞬间过电压现象。其持续时间极短，通常为百万分之一秒（微秒级），但电压峰值可高达数千甚至数万伏特。例如，在220V的电路系统中，电涌可能表现为5KV或10KV的瞬时电压波动。电涌具有以下核心特征：

1. 瞬时性：电涌表现为极短时间内的电压或电流剧烈脉冲，波形陡峭且快速衰减。
2. 高能量：雷电引起的电涌电压可在几微秒内从几百伏升至20000V，电流峰值可达10000A。
3. 普遍性：电涌存在于所有配电系统中，80%的电涌由内部设备操作引发，20%来自外部雷电等自然因素。

二、电涌的主要成因

（一）外部来源

1. 雷电
   • 直接雷击：雷电直接击中电网或建筑物，能量巨大，尚无设备可完全防护。
   • 感应雷击：雷电电磁场在导体中感应出高电压，前沿陡峭且衰减快。
   • 传导雷击：雷电通过架空线路传入电网，能量随传输距离减弱。
   • 振荡电涌：电力线与大地形成谐振回路，导致高频过电压，易损坏二次仪表。

（二）内部来源

1. 设备操作：大功率负载（如电机、空调、电梯）的启停、断路器切换等，均会引发电涌。
2. 系统故障：短路、接地故障或电容补偿装置投切时，电磁能量转换产生震荡型电涌。
3. 静电放电：干燥环境中绝缘体摩擦产生的静电，可损坏集成电路。

三、电涌的危害与分级

（一）危害类型

1. 灾难性破坏：超过设备耐受极限的瞬时高压可导致元器件烧毁、绝缘击穿，甚至引发火灾。例如，雷击电涌可直接摧毁电机绕组或变压器。
2. 累积性损伤：频繁的小幅电涌会加速半导体器件老化，造成数据错乱、设备性能衰退等问题。例如，计算机芯片可能因多次电涌冲击而永久失效。

（二）IEEE危害分级

根据国际标准，电涌危害分为三级：

1. ≥20KV：设备直接损毁，系统瘫痪（如通信中断）。
2. 1.2KV~2.1KV：部件损坏或性能下降（如电子线路烧毁）。
3. 700V~800V：数据丢失、设备死机或频繁复位。

四、电涌防护措施

（一）防护技术

1. 避雷装置：通过接闪器、接地系统将雷电引入地下，降低外部电涌冲击。
2. 浪涌保护器（SPD）：
   • 多级防护：采用分级泄放策略，从总配电柜到设备端口逐级降压。
     • 第一级：安装于建筑入口，泄放80%雷电流（容量≥100kA）。
     • 第二级：分路配电处，限制电压≤1200V。
     • 第三级：设备输入端，消除微小瞬态过电压。
   • 信号保护器：串联于数据线，响应速度≤25ns，保护通信设备。
3. 瞬态电压抑制器（TVS）：快速钳位过电压，适用于精密电子设备。

（二）系统优化

1. 接地设计：确保设备接地电阻符合标准，避免电位差引发二次电涌。
2. 定期检测：排查电力系统隐患，更换老化元器件。
3. 环境控制：降低静电产生概率，如增加湿度或使用防静电材料。

五、结语

电涌作为电力系统中不可避免的现象，其危害已从传统工业设备延伸至现代电子芯片领域。随着城市用电复杂度提升，电涌发生概率显著增加。通过多级防护体系、规范操作与定期维护，可最大限度降低电涌风险。对于高价值设备（如数据中心、医疗仪器），建议采用组合防护方案（如SPD+TVS+隔离变压器），以实现全面保护。咨询热线：0731-89729721。